التنقل الممتاز في أصعب الظروف هو السمة الأساسية لجميع المركبات العسكرية. ومع ذلك ، يصعب تحقيق ذلك بالنسبة للمركبات المدرعة ، ولكن من المهم للغاية أن تتمكن من أداء مهامها بنجاح
يعد التنقل مهمًا جدًا للمركبات المدرعة ، ولكنه في نفس الوقت يتنافس مع الخصائص الهامة الأخرى ، مثل ، على سبيل المثال ، ضمان بقاء المركبة والطاقم على قيد الحياة. وهنا يمكن أن يتعارض هذا المطلب بسهولة مع متطلبات الحفاظ على التنقل. ومع ذلك ، من الواضح أن الجنود ، الذين تعتمد سلامتهم على مثل هذه المركبات ، يحتاجون إلى زيادة المباريات على الطرق الوعرة ، وتسارع أسرع وسرعة أعلى ، كل ذلك دون التأثير سلبًا على القدرة على البقاء. تؤدي هذه المطالب إلى تطوير حزم طاقة وأنظمة هيكل سفلي جديدة من أجل إيجاد الحلول المثلى لتلبية هذه المتطلبات المتضاربة في كثير من الأحيان. ومع ذلك ، من أجل الامتثال لها ، من الضروري الجمع بين عدد من معلمات التصميم والتوازن. وتشمل هذه خصائص نظام التعليق ، الذي يؤثر بشكل مباشر على جودة الحركة ، وسطح الدعم للمسارات أو العجلات ، والذي يحدد الضغط الأرضي ، وخلوص الأرض للمركبة ، وخرج المحرك. تعتبر الخاصية الأخيرة هي الأهم والأكثر صعوبة في تحقيقها. هذا يرجع إلى حقيقة أنه حتى في مسألة توليد وتوزيع قوة المحرك ، يحتاج المصمم إلى تقديم تنازلات ، بل وأحيانًا يخطئ على حنجرة أغنيته الخاصة. الزيادة في القوة في مركبة مصفحة محدودة بعوامل مثل حجم حجرة المحرك ، والحاجة إلى الحفاظ على المدى ، وقيود الوزن ، والحاجة إلى تلبية متطلبات الطاقة للأنظمة الموجودة على متن المركبة ، على سبيل المثال ، معدات الاتصالات ، أنظمة الملاحة وأجهزة الاستشعار وأنظمة الحماية النشطة والسلبية.
تعد الحماية الفعالة من التهديدات المتطورة اليوم أمرًا ضروريًا ، لا سيما تلك التي تفرض أكبر المتطلبات على مجموعة نقل الحركة والهيكل السفلي. الحماية تعني حتمًا الدروع ، والدروع تضيف حجمًا كبيرًا. ينشأ تناقض يجبرنا على إجراء مقايضات غير ملائمة: مع ارتفاع مستوى التهديد ، يجب أيضًا زيادة مستوى الحماية. تؤدي الزيادة في مستوى الحماية ، كقاعدة عامة ، إلى الحاجة إلى درع إضافي ، ويمكن أن يساهم الحجز الإضافي في زيادة كتلة السيارة. إن الحفاظ على خصائص تشغيل مركبة مدرعة أو تحسينها يستلزم حتماً زيادة في قوة المحرك وكفاءة ناقل الحركة ومحركات الطاقة المتصلة به. ومع ذلك ، يتم تحديد كتلة السيارة أيضًا من خلال حجمها: فكلما زادت مساحة السيارة ومساحة السطح التي يجب تسليحها ، زادت ثقلها. وبالتالي ، يجب ألا تكون وحدة الطاقة الجديدة (المحرك المزود بنقل الحركة ومحركات الأقراص) أكثر قوة فحسب ، بل يجب أن تتناسب على الأقل مع الحجم المخصص أو ، ويفضل أن يكون لها حجم إجمالي أقل. هذا المعيار ، أولاً وقبل كل شيء ، مطلق بالنسبة لوحدات الطاقة المصممة لتحديث المركبات المدرعة الحالية ، ولكنه أيضًا مرغوب فيه للغاية للمنصات الجديدة.
القيمة المقبولة عمومًا لمستوى التنقل الذي توفره مركبة مصفحة هي ما يسمى بكثافة القدرة ، أو نسبة القوة (غالبًا بالحصان) إلى كتلة السيارة. هذه النسبة ، على الرغم من عدم أخذها في الاعتبار جميع العوامل المحتملة التي تحدد التنقل ، تعتبر معيارًا مناسبًا ، وإن كانت بدائية ، وهي مفيدة كمعامل تصميم وكأداة لمقارنة الآلات المختلفة. كقاعدة عامة ، كلما زادت القوة المحددة ، على سبيل المثال ، في حصان. لكل طن ، كان أداء القيادة الإجمالي الذي ستظهره الماكينة أفضل. على الرغم من حقيقة أنه عند تقييم السيارة ، غالبًا ما يتم أخذ سرعتها القصوى في الاعتبار ، بالنسبة للمركبة القتالية ، قد تكون استجابة التسارع أو دواسة الوقود (القدرة على الانتقال السريع والسلس من التشغيل المستقر بأدنى حد من الطاقة إلى الحد الأقصى من الطاقة). أكثر أهمية. غالبًا ما يتم التغاضي عنها في أداء السيارة ، فإن القدرة على الإسراع بسرعة والتحرك بسرعة إلى الأمان استجابةً للهجوم لا تقدر بثمن. يؤثر بشكل مباشر على بقاء السيارة وطاقمها. وبالتالي ، فإن القوة المتاحة لا تساهم فقط في زيادة الحركة ، ولكن أيضًا في البقاء على قيد الحياة ، خاصة عند استخدامها مع تدابير الدفاع عن النفس ، بما في ذلك أجهزة الاستشعار لاكتشاف اللقطة والإشعاع بالليزر ، فضلاً عن التدابير المضادة السلبية والفعالة.
قوة صغيرة
على الرغم من الحالات الفردية لاستخدام المحركات التوربينية الغازية ، كما هو الحال في عائلة دبابات القتال الرئيسية General Dynamics M1 Abrams (MBT) ، لا يزال المحرك الأكثر شيوعًا للمركبات المدرعة هو محرك الديزل أو ، بشكل أكثر دقة ، محرك ديزل متعدد الوقود. من الشركات الرائدة في إنتاج وحدات الطاقة شركة MTU الألمانية. نهجها المتكامل هو أنه في "وحدة طاقة" واحدة لا تشمل فقط المحرك وناقل الحركة ومحركات الطاقة ، ولكن أيضًا الأنظمة الفرعية لتزويد الهواء وترشيحه وتبريده وتوليد الطاقة وغيرها. تم تصميم كل مكون من مكونات وحدة الطاقة وتجميعه بعناية من أجل الحصول على الحل الأكثر إحكاما وفعالية. تدرك MTU أنه بالنسبة لمصمم المركبات القتالية والمدمج ، فإن نسبة القدرة إلى الحجم أمر بالغ الأهمية. أوضح جيوفاني سبادارو ، رئيس الشركات المملوكة للدولة في MTU ، أنه بالنسبة لهم "يعتبر دمج جميع المكونات في نظام واحد أمرًا مهمًا للغاية ، فنحن نعمل بلا كلل على تطوير فلسفتنا الخاصة بالتنمية التكافلية لجميع أجزاء الحل المطور. بالنسبة لنا ، هذا يعني أن كل شيء ، الهندسة المعمارية ، والمفهوم ، والبرمجيات وجميع المعلمات حرفيًا ، يهدف إلى تحسين خصائص وحدة الطاقة الكاملة النهائية. " إن تأثير هذا النهج على المنصة النهائية هائل ، نظرًا للتعاون الوثيق مع كبرى الشركات المصنعة للمركبات العسكرية مثل Krause-Mafei Wegmann (KMW) و Nexter و BAE Systems و General Dynamics. وأوضح متحدث باسم شركة جنرال دايناميكس لاند سيستمز: "بالنسبة لوحدة الطاقة ، فإن المزيد من الطاقة أفضل ، والحجم الأصغر أفضل ، والأرخص هو ممتاز بشكل عام ، ولكن مع الزيادة الإلزامية في مستويات الأمان والموثوقية والهدوء وقابلية الصيانة."
أثبتت MTU أن التكيف والتعديل للأغراض العسكرية لوحدات الطاقة التجارية مناسب للمركبات المدرعة الخفيفة والمتوسطة ، على سبيل المثال ، مركبة ARTEC Boxer القتالية المدرعة رباعية المحاور ، والمجهزة بمحرك ديزل MTU 8V199 TE20. ومع ذلك ، بالنسبة للمركبات المدرعة والدبابات الثقيلة ، هناك حاجة إلى محركاتها الخاصة ، على سبيل المثال ، محركات سلسلة 880 و 890 ، المصممة خصيصًا للتركيب في منصات عسكرية ثقيلة. يتم عرض قدرات وحدات الطاقة الحديثة في مركبة قتال المشاة المتعقبة من طراز بوما.قال سبادارو إن "وحدة الطاقة MTU الخاصة بسيارة Puma تشمل علبة التروس ، والبادئ / المولد ، وأنظمة التبريد وتنقية الهواء. محرك الديزل MTU 10V 890 معروف بكثافة طاقته العالية وأبعاده المدمجة. ومقارنة بالمحركات العسكرية الأخرى من نفس فئة القوة ، فقد انخفض الوزن والحجم بنحو 60 في المائة ". علق مدير المحركات المتخصصة في MTU قائلاً: "هذه الوحدة أكثر إحكاما من أي وحدة طاقة سابقة." تتضح فوائد محركات MTU بشكل خاص عند تركيب وحدات الطاقة في الأجيال السابقة من الآلات. تم استخدام محركاتها من مجموعة EuroPowerPack من قبل الشركة الفرنسية GIAT (الآن Nexter) لتحل محل محركات دبابات Leclerc-EAU للإمارات العربية المتحدة. تم تثبيت محركات هذه العائلة أيضًا على Challenger-2E MBT ، في حين تم تحقيق وفورات كبيرة في الحجم مع زيادة النطاق بسبب انخفاض استهلاك الوقود.
اشتهرت Caterpillar بمعدات البناء الثقيلة ، فقد أصبحت موردًا رئيسيًا لمحركات المركبات التكتيكية والمصفحة. تعتمد عروضها للجيش على أنظمة تجارية جاهزة للاستخدام في جميع أنحاء العالم. ومن هنا تأتي الفوائد الكبيرة - التكلفة المنخفضة المرتبطة بأحجام الإنتاج وتوافر الدعم الفني. ومع ذلك ، فإن تطورات الشركة معروفة للاستخدام العسكري ، على سبيل المثال ، محرك C9.3 بقوة محددة متزايدة تبلغ 600 حصان. ومع ذلك ، فإن الابتكار الحقيقي هو أن C9.3 قادرة على تغيير تصنيف قوتها. من أجل تلبية متطلبات الانبعاثات الأوروبية Euro-III الصارمة ، يتم التبديل إلى وضع مخفض إلى 525 حصان. قوة. تلاحظ Caterpillar أن "الميزة هي أنه يمكن للمستخدم اختيار وضع التشغيل. من الممكن تحقيق أقصى قدر من الأداء أثناء العملية النشطة في الميدان ، ولكن أثناء التدريب أو عند العمل في مناطق بها سكان مدنيون ، يمكنك الانتقال إلى وضع التحكم في الانبعاثات ". في الواقع ، هذا "المفتاح" متجذر في التقنيات التي طورتها Caterpillar للأنظمة التجارية.
يتم اختيار الشركة دائمًا لبرامج استبدال وتحديث أساطيل المركبات المدرعة الحالية. على سبيل المثال ، يتم تثبيت محرك CV8 الخاص بها حاليًا على مركبات قتال المشاة المتعقبة التابعة للجيش البريطاني. يتم تنفيذ هذا العمل بموجب عقد مع شركة لوكهيد مارتن لترقية السيارة إلى معيار WCSP (برنامج استدامة قدرة المحارب) ، والذي سيمتد تشغيل المركبات حتى عام 2040. تقوم Caterpillar أيضًا بتغيير محرك عائلة Stryker التابعة للجيش الأمريكي من المركبات المدرعة بسعة 350 حصانًا. لمحرك C9 بسعة 450 حصان. المحرك الجديد "يناسب" الحجم الذي يشغله المحرك السابق. الاستبدال جزء من اقتراح General Dynamics لتغيير تقني ECP-1 ، والذي يتضمن مولد تيار متردد 910 أمبير وترقيات التعليق وتحسينات أخرى.
المحركات الكهربائية
تقليديا ، تنتقل الطاقة من المحرك ميكانيكيا إلى العجلات أو المسارات. تستبدل المحركات الكهربائية هذا الاتصال المادي بمحركات كهربائية موجودة في عجلات القيادة أو العجلة المسننة. يمكن الحصول على الطاقة لتشغيل هذه المحركات الكهربائية من البطاريات أو محرك الاحتراق الداخلي أو كليهما. يستخدم الأسلوب "الهجين" إما محرك ديزل أو محرك توربيني غازي يمكن الآن ، بدون توصيلات ميكانيكية ، تثبيته في أي مكان في الهيكل ، مما يمنح المصممين مزيدًا من الحرية في التصميم. من الممكن أيضًا تثبيت محركين ، تم تنفيذهما بواسطة BAE Systems في منشأة الاختبار المتنقلة الخاصة بها HED (محرك كهربائي هجين). لاحظ المتحدث باسم BAE Systems Deepak Bazaz أن محركي HED متصلان بالمولدات والبطاريات ، مما يسمح له بالعمل في أوضاع مختلفة: يعمل محرك واحد في وضع الخمول ، مما يوفر الوقود ، ويعمل محركان عند الحاجة إلى مزيد من الطاقة ، أو في وضع المراقبة الصامتة يعمل فقط على البطاريات القابلة لإعادة الشحن.يتم تنفيذ مفهوم HED على منصة AMPV (مركبة مدرعة متعددة الأغراض) المتعقبة ، ولكن من المخطط أن تكون قابلة للتطوير وتستخدم على مركبة من أي فئة وزن ، سواء كانت ذات عجلات أو مجنزرة. تم تعديل محطة الطاقة التجريبية HED بواسطة BAE Systems لمفهوم هجين بواسطة Northrop Grumman كجزء من اقتراحها لمركبة قتالية أرضية للجيش الأمريكي GCV (مركبة قتالية أرضية).
في ورقة صادرة عن منظمة الناتو للبحوث التكنولوجية ، "تتفوق السيارات الكهربائية الهجينة في السرعة والتسارع وقابلية التسلق والهدوء على المركبات التي تعمل بالطاقة … بينما يمكن أن يتراوح توفير الوقود من 20 إلى 30 بالمائة". توفر المحركات الكهربائية أيضًا تسارعًا فوريًا تقريبًا واستجابة جيدة للخانق وجرًا أفضل. يعتمد الأخير بشكل مباشر على عزم الدوران المحسن المتأصل في المحركات الكهربائية. بالنسبة للمركبات القتالية ، فإن هذا يعني العديد من المزايا: وقت رد فعل أقل عند التحرك للغطاء ، وصعوبة الدخول إليها ، وقدرة أفضل على اختراق الضاحية. يتم تشغيل وحدة HED بواسطة محركين سداسي الأسطوانات ، ناقل حركة QinetiQ مصمم خصيصًا وبطاريات ليثيوم أيون 600 فولت.
يتمثل أحد الجوانب الجذابة الأخرى للمحرك الكهربائي في قدرته على توليد مستويات أعلى من الطاقة الكهربائية وأكثر كفاءة. ستكون محطة توليد الكهرباء لمنصة Northrop Grumman / BAE Systems GCV قادرة على توفير 1100 كيلووات ، على الرغم من أنها أصغر حجمًا وأخف وزنًا من وحدات الطاقة التقليدية. ومع ذلك ، نظرًا لأن تخزين الطاقة يعد جزءًا مهمًا من المحرك الكهربائي الهجين ، فقد أصبح عدم تطابق البطارية مشكلة كبيرة. لذلك ، يتم حاليًا النظر في عدة أنواع من البطاريات المتقدمة ذات كثافة الطاقة العالية للسيارات الهجينة ، بما في ذلك أيون الليثيوم وهيدريد معدن النيكل وكلوريد الصوديوم والنيكل وبوليمر الليثيوم. ومع ذلك ، فإنهم جميعًا لا يزالون في مرحلة تطوير التكنولوجيا ولديهم بعض العيوب التي يجب حلها قبل التعرف على أنها مناسبة للاستخدام في التطبيقات العسكرية. من مجالات العمل الأخرى التي تحتاج إلى تطوير بحيث يمكن تثبيت محركات الأقراص الهجينة على نطاق واسع على المركبات المدرعة ، إزالة قيود التصميم الخاصة بمحركات الجر الحديثة. على الرغم من دمجها بنجاح في نماذج العرض التوضيحي من نوع HED ، إلا أن هذه الأنظمة لها قيود في الحجم والوزن والتبريد. حتى يتم حل هذه المشاكل ، ستبقى جميع الدوائر الكهربائية ، على الرغم من مزاياها ، وهمًا للمدرعات.
ومع ذلك ، لا تزال العديد من المنظمات البحثية مهتمة بمفهوم القيادة الكهربائية. على سبيل المثال ، بموجب عقود من وكالة مشاريع الأبحاث الدفاعية المتقدمة (DARPA) ، ستختبر QinetiQ مفهومها للمحركات المحورية (المحركات الموجهة) من خلال إعدادها لتجارب نموذجية تجريبية. ستحل العديد من علب التروس والتفاضلات ومحركات الطاقة محل المحركات الكهربائية القوية المدمجة في عجلات الماكينة. من الممكن أيضًا تطبيق هذا المفهوم على المركبات المدرعة ذات العجلات الموجودة. في الواقع ، في يونيو 2017 ، وقعت شركة BAE Systems اتفاقية مع QinetiQ لإدخال تقنية القيادة الكهربائية الجديدة في المركبات القتالية. وقال ممثل عن شركة BAE Systems أن هذا "سيوفر للعملاء تقنية مجربة منخفضة التكلفة من شأنها تعزيز قدرات المركبات القتالية الحالية والمستقبلية".
التحديات المستقبلية للسلطة
على مدى العقد الماضي ، زادت احتياجات المركبات القتالية للطاقة الكهربائية عدة مرات.وأشار مارك سينيوريلي ، رئيس المركبات القتالية في شركة BAE Systems ، إلى أنه "في المستقبل ، سيكون من الصعب بشكل متزايد على المركبات المدرعة تلبية احتياجات الكهرباء". والمحاولات جارية لمعالجة هذه المشكلة المتنامية. على سبيل المثال ، يتم النظر في مولد 300 أمبير CE Niehof لعائلة M2 Bradley ، ومولدين بقوة 150 أمبير لمنصة AMPV الجديدة. صرح السيد سبادارو من MTU أن "العوامل الرئيسية التي أثرت وتؤثر على تطوير الحلول لتوليد المزيد من الطاقة هي الكتلة المتزايدة باستمرار من MBT والمركبات ذات العجلات (نتيجة لمتطلبات مستويات أعلى من الحماية) وعلى في نفس الوقت الحاجة إلى مزيد من الكهرباء للأنظمة على متن الطائرة من أي نوع ، سواء كانت إلكترونيات وأنظمة حماية وراحة للطاقم ، على سبيل المثال ، نظام تكييف هواء متطور ". تعتقد MTU أنه "تتم معالجتها من خلال التكامل الأعمق للمكونات الكهربائية في وحدة الطاقة. ومن الأمثلة الجيدة هنا مرة أخرى وحدة الطاقة MTU المذكورة أعلاه لمركبة Puma المدرعة ، والتي تشتمل على بداية / مولد بقوة مقدرة تبلغ 170 كيلوواط ، وتزويد التيار لمروحتين للتبريد ، وضاغط تبريد مكيف الهواء ".
تؤثر قوة المركبات المدرعة بشكل مباشر على القدرات القتالية والقدرة على البقاء. المعايير الرئيسية للبقاء على قيد الحياة في ساحة المعركة هي كما يلي: "اتخاذ جميع التدابير حتى لا يتم ملاحظتك ، إذا شوهدت ، لا تتعرض للضرب ، إذا تعرضت للإصابة ، لا للقتل". الأول يتم تسهيله من خلال القدرة على الانتقال إلى حيث لا يتوقع منك الخصم. يتطلب الثاني تسريعًا سريعًا وقدرة جيدة على المناورة للعثور على غطاء وهو معقد بسبب قدرة مطلق النار العدو على التقاط الهدف بفعالية لقتله. والثالث يتحدد بالقدرة على اتخاذ الحماية السلبية المناسبة واستخدام التدابير المضادة السلبية والفاعلة. ومع ذلك ، يمكن أن يؤثر كل معيار من هذه المعايير سلبًا على الآخرين. على سبيل المثال ، يزيد الدرع الإضافي من الكتلة وبالتالي يزيد من القدرة على الحركة.
تتيح التطورات في مجال محطات توليد الطاقة للمركبات المدرعة والمحركات الجديدة وناقل الحركة ومحركات الطاقة والطرق المبتكرة للتكامل والتخطيط لمطوري المعدات العسكرية تلبية رغبات العملاء الأكثر جرأة. العديد من التحسينات التي نراها على المنصات العسكرية مأخوذة مباشرة من المشاريع التجارية: المحركات وأجهزة الكمبيوتر الموجودة على متن الطائرة ، والتحكم الإلكتروني الرقمي ، والمراقبة التلقائية لحالة الأنظمة ، والمحركات الكهربائية وتخزين الطاقة ، وأخيراً ، التطبيقات العملية للهجين حلول. ومع ذلك ، فإن التحديات التي تواجه هذا التوازن الدقيق تجبر الصناعة على تطوير المزيد والمزيد من الحلول المبتكرة.
